编程

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苏木2026-03-03
3625
17.6m

LV015-多文件编译 ​

一、多文件编程 ​

前边学习函数的时候，我们把函数全部都放在一个文件中，函数少的话倒是无所谓，很多的话，就不是很方便了。 C 语言是支持多文件编程的，我们可以将某些功能放入独立的源文件，形成一个单独的模块，这样不仅便于阅读，也更加方便维护。这也可以称之为 模块化编程。

1. 一个简单的例子 ​

首先来看一个例子，简单了解一下多文件编程时程序的编译和运行吧。

1.1 源码 demo ​

1.1.1 main.c ​
c
#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    fun1();
    return 0;
}
1.1.2 fun1.c ​
c
#include <stdio.h>

void fun1(void)
{
    printf("fun1\n");
}

1.2 编译运行 ​

在终端执行以下命令：

shell
gcc *.c -Wall    # 编译程序

会在终端看到以下提示信息：

shell
main.c: In function ‘main’:
main.c:5:5: warning: implicit declaration of function ‘fun1’ [-Wimplicit-function-declaration]
     fun1();
     ^~~~

虽然有警告，但是依然生成了 a.out 可执行文件，终端运行 ./a.out 命令，看到有如下信息输出：

shell
fun1

这说明，虽然有警告，但是依然正常调用了函数。

1.3 小结 ​

通过这个例子，会发现，这样写出来的程序是有警告的，原因就在于 C 语言中函数应该先声明，再调用，这个问题我们下边再解决。

2. extern 关键字 ​

C 语言代码是由上到下依次执行的，不管是变量还是函数，原则上都要先定义再使用，否则就会报错。但在实际开发中，经常会在函数或变量定义之前就使用它们，这个时候就需要提前声明。声明（ Declaration ），就是告诉编译器现在要使用这个变量或函数，现在没有找到它的定义不要紧，不要报错，后边会有定义的。

2.1 函数声明 ​

2.1.1 声明格式 ​

在前边学习函数的时候提到过函数声明，那时并没有使用 extern 关键字，因为函数的定义有函数体，函数的声明没有函数体，编译器很容易区分定义和声明，所以对于函数声明来说，有没有 extern 都是一样的。所以函数的声明可以有以下形式，

c
/* 不使用 extern */
dataType function( dataType arg1, dataType arg2, ... );
dataType function( dataType1, dataType2, ... );
/* 使用 extern */
extern dataType function( dataType1 arg1, dataType2 arg2, ... );
extern dataType function( ddataType1, dataType2, ... );
2.1.2 使用示例 ​
  • main.c
c
#include <stdio.h>

extern void fun1(void);

int main(int argc, char *argv[])
{
    fun1();
    return 0;
}
  • fun1.c
c
#include <stdio.h>

void fun1(void)
{
    printf("fun1\n");
}
  • 编译运行

在终端执行以下命令：

shell
gcc *.c -Wall    # 编译程序

会发现没有警告了，然后在终端运行 ./a.out 命令，看到有如下信息输出：

shell
fun1

2.2 变量声明 ​

2.2.1 声明格式 ​

变量和函数不同，编译器只能根据 extern 来区分，有 extern 才是声明，没有 extern 就是定义。变量的声明只有一种形式，就是使用 extern 关键字：

c
extern dataType name;
2.2.2 使用示例 ​
  • main.c
c
#include <stdio.h>

extern void fun1(void);
extern int a;
int main(int argc, char *argv[])
{
    fun1();
    printf("a = %d\n", a);
    return 0;
}
  • fun1.c
c
#include <stdio.h>
int a = 10;
void fun1(void)
{
    printf("fun1 a=%d\n", a);
}
  • 编译运行

我们执行以下命令：

shell
gcc *.c -Wall    # 编译程序 
./a.out          # 运行可执行程序

会看到有如下信息输出：

shell
fun1 a=10
a = 10
2.2.3 声明的时候初始化 ​

变量不要在声明的同时初始化，格式为：

c
extern dataType name = value;

这种方式会有警告，并且不会正常生成可执行文件。还是上面的程序，我们改成 extern int a = 10; 就会直接产生报错。

shell
main.c:4:12: warning: ‘a’ initialized and declared ‘extern’
 extern int a = 10;
            ^
/tmp/ccy6uPA9.o:(.data+0x0):  a'被多次定义
/tmp/ccfIMEHM.o:(.data+0x0)：第一次在此定义
collect2: error: ld returned 1 exit status

二、怎么多文件编译？ ​

上面我们已经通过一个简单的实例了解了模块化编程，我们会根据功能，模块等将其写在不同的文件中，需要注意的是 一个 C 语言工程中，不管有多少个源文件，都一定只能有一个 main 函数。接下来我们深入了解一下多文件的编译。

1. 在同一个目录 ​

1.1 命令格式 ​

有的时候我们在一个 C 文件中调用了另一个 C 文件中的函数，但是这些文件必须只有一个 main 函数，他们编译的时候要一起编译。一般格式如下：

shell
# 一般我们会在 main 函数所在的源文件目录下编译

# 一起编译链接
gcc file1.c file2.c ... main.c -o file_name 

# 分开编译，统一链接
gcc -c file1.c -o file1_name 
gcc -c file2.c -o file2_name 
... 
gcc -c main.c -o main_name 
gcc *.o -o file_name

  • file1.c ... main.c：所有的源文件

  • file_name ：表示最终生成的可执行文件的名称。

1.2 使用实例 ​

这里我们用 LV01_GCC_COMPILE/00_compile/02_multifile 这个实例：

shell
.
├── func1.c
├── func1.h
├── func2.c
├── func2.h
└── main.c

我们在 main.c 所在目录进行编译：

shell
gcc func1.c func2.c main.c -o main

image-20260302170428987

发现一切正常。

2. 在不同目录中 ​

2.1 从实例开始 ​

例如：LV01_GCC_COMPILE/00_compile/03_multifile_dir_01 和 LV01_GCC_COMPILE/00_compile/04_multifile_dir_02：

shell
# 自己的 C 文件和自己的头文件一起
.
├── func1
│   ├── func1.c
│   └── func1.h
├── func2
│   ├── func2.c
│   └── func2.h
└── main.c

# C 文件和 h 文件分开
.
├── func
│   ├── func1.c
│   └── func2.c
├── include
│   ├── func1.h
│   └── func2.h
└── main.c

其实这两种情况都差不多。

我们按照之前的方式编译：

shell
gcc func1.c func2.c main.c -o main

image-20260302170848156

发现找不到两个源文件，那我们加上路径好了：

shell
gcc ./func1/func1.c ./func2/func2.c main.c -o main

image-20260302170936269

然后又提示找不到头文件。

我们试一下另一个目录的情况：

shell
gcc ./func/func1.c ./func/func2.c main.c -o main

image-20260302171025827

发现也是一样的。

2.2 去哪里找头文件？ ​

上面编译的过程中，我们发现，只要头文件跟 main.c 不在一个目录下，main.c 在编译的时候必然报错，这是在预处理 main.c 的时候找不到这个头文件导致的，我们可以这样：

shell
#include "./include/func1.h"
#include "./include/func2.h"

这样修改源文件就不会有问题了，但是这是我们直接写出了头文件的位置，那要是我们优化工程，改变了头文件的位置，那岂不是要把所有的头文件都改一遍？那肯定不行，GCC 为我们提供了 -I 选项，这个选项就指明了头文件的位置。

shell
gcc ./func1/func1.c ./func2/func2.c main.c -o main -I./func1 -I./func2
gcc ./func/func1.c ./func/func2.c main.c -o main -I ./include

会发现这样编译就没有任何问题了：

image-20260302171148156

2.3 几个问题 ​

  • （1）编译程序时去哪找头文件？

答：系统目录，就是编译工具链里的某个 include 目录；也可以自己指定：编译时用 -I dir 选项指定。 #include <xxx.h> 尖括号中的头文件就是在系统目录找。

  • （2）链接时去哪找库文件？

答：系统目录，就是交叉编译工具链里的某个 lib 目录；也可以自己指定：链接时用 -L dir 选项指定。

  • （3）运行时去哪找库文件？

答：系统目录，就是板子上的/lib、 /usr/lib 目录；也可以自己指定：运行程序用环境变量 LD_LIBRARY_PATH 指定。

【注意】当我们移植某些功能到 arm 开发板的时候，会有库文件，头文件等。由于运行时不需要头文件，所以头文件不用放到板子上

2.4 系统目录在哪？ ​

我们在编译过程中除了语法问题，可能会遇到：

shell
# 头文件问题
xxx.c:2:10: fatal error: xxxxx.h: 没有那个文件或目录
# 库文件问题
undefined reference to 'xxx'

在运行时有可能遇到：

shell
error while loading shared libraries: libxxx.so:
cannot open shared object file: No such file or directory

这其实就对应上面的三个问题，他们的答案都是系统目录，那么系统目录在哪？ 执行下面命令确定目录：

shell
echo 'main(){}'| gcc -E -v -

它会列出头文件目录、库目录(LIBRARY_PATH)。

shell
sumu@sumu-virtual-machine:~/1sharedfiles/linux_develop/imx6ull-app-demo/LV01_GCC_COMPILE/00_compile/multifile_dir_01$ echo 'main(){}'| gcc -E -v -
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
OFFLOAD_TARGET_NAMES=nvptx-none:hsa
OFFLOAD_TARGET_DEFAULT=1
Target: x86_64-linux-gnu
Configured with: ../src/configure -v --with-pkgversion='Ubuntu 9.4.0-1ubuntu1~20.04.2' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-9/README.Bugs --enable-languages=c,ada,c++,go,brig,d,fortran,objc,obj-c++,gm2 --prefix=/usr --with-gcc-major-version-only --program-suffix=-9 --program-prefix=x86_64-linux-gnu- --enable-shared --enable-linker-build-id --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --libdir=/usr/lib --enable-nls --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-libstdcxx-time=yes --with-default-libstdcxx-abi=new --enable-gnu-unique-object --disable-vtable-verify --enable-plugin --enable-default-pie --with-system-zlib --with-target-system-zlib=auto --enable-objc-gc=auto --enable-multiarch --disable-werror --with-arch-32=i686 --with-abi=m64 --with-multilib-list=m32,m64,mx32 --enable-multilib --with-tune=generic --enable-offload-targets=nvptx-none=/build/gcc-9-9QDOt0/gcc-9-9.4.0/debian/tmp-nvptx/usr,hsa --without-cuda-driver --enable-checking=release --build=x86_64-linux-gnu --host=x86_64-linux-gnu --target=x86_64-linux-gnu
Thread model: posix
gcc version 9.4.0 (Ubuntu 9.4.0-1ubuntu1~20.04.2) 
COLLECT_GCC_OPTIONS='-E' '-v' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/cc1 -E -quiet -v -imultiarch x86_64-linux-gnu - -mtune=generic -march=x86-64 -fasynchronous-unwind-tables -fstack-protector-strong -Wformat -Wformat-security -fstack-clash-protection -fcf-protection
ignoring nonexistent directory "/usr/local/include/x86_64-linux-gnu"
ignoring nonexistent directory "/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/include-fixed"
ignoring nonexistent directory "/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/../../../../x86_64-linux-gnu/include"
#include "..." search starts here:
#include <...> search starts here:
 /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/include
 /usr/local/include
 /usr/include/x86_64-linux-gnu
 /usr/include
End of search list.
# 1 "<stdin>"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<command-line>"
# 31 "<command-line>"
# 1 "/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
# 32 "<command-line>" 2
# 1 "<stdin>"
main(){}
COMPILER_PATH=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/
LIBRARY_PATH=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/../../../x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/../../../../lib/:/lib/x86_64-linux-gnu/:/lib/../lib/:/usr/lib/x86_64-linux-gnu/:/usr/lib/../lib/:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/../../../:/lib/:/usr/lib/
COLLECT_GCC_OPTIONS='-E' '-v' '-mtune=generic' '-march=x86-64'

后面我们会用到交叉编译工具，就是编译出可以在 arm 板子上跑的程序的工具，我们也来看一下：

shell
sumu@sumu-virtual-machine:~/1sharedfiles/linux_develop/imx6ull-app-demo/LV01_GCC_COMPILE/00_compile/multifile_dir_01$ echo 'main(){}'| arm-linux-gnueabihf-gcc -E -v -
使用内建 specs。
COLLECT_GCC=arm-linux-gnueabihf-gcc
目标：arm-linux-gnueabihf
配置为：/home/tcwg-buildslave/workspace/tcwg-make-release/label/docker-trusty-amd64-tcwg-build/target/arm-linux-gnueabihf/snapshots/gcc-linaro-4.9-2017.01/configure SHELL=/bin/bash --with-mpc=/home/tcwg-buildslave/workspace/tcwg-make-release/label/docker-trusty-amd64-tcwg-build/target/arm-linux-gnueabihf/_build/builds/destdir/x86_64-unknown-linux-gnu --with-mpfr=/home/tcwg-buildslave/workspace/tcwg-make-release/label/docker-trusty-amd64-tcwg-build/target/arm-linux-gnueabihf/_build/builds/destdir/x86_64-unknown-linux-gnu --with-gmp=/home/tcwg-buildslave/workspace/tcwg-make-release/label/docker-trusty-amd64-tcwg-build/target/arm-linux-gnueabihf/_build/builds/destdir/x86_64-unknown-linux-gnu --with-gnu-as --with-gnu-ld --disable-libmudflap --enable-lto --enable-objc-gc --enable-shared --without-included-gettext --enable-nls --disable-sjlj-exceptions --enable-gnu-unique-object --enable-linker-build-id --disable-libstdcxx-pch --enable-c99 --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-long-long --with-cloog=no --with-ppl=no --with-isl=no --disable-multilib --with-float=hard --with-mode=thumb --with-tune=cortex-a9 --with-arch=armv7-a --with-fpu=vfpv3-d16 --enable-threads=posix --enable-multiarch --enable-libstdcxx-time=yes --with-build-sysroot=/home/tcwg-buildslave/workspace/tcwg-make-release/label/docker-trusty-amd64-tcwg-build/target/arm-linux-gnueabihf/_build/sysroots/arm-linux-gnueabihf --with-sysroot=/home/tcwg-buildslave/workspace/tcwg-make-release/label/docker-trusty-amd64-tcwg-build/target/arm-linux-gnueabihf/_build/builds/destdir/x86_64-unknown-linux-gnu/arm-linux-gnueabihf/libc --enable-checking=release --disable-bootstrap --enable-languages=c,c++,fortran,lto --build=x86_64-unknown-linux-gnu --host=x86_64-unknown-linux-gnu --target=arm-linux-gnueabihf --prefix=/home/tcwg-buildslave/workspace/tcwg-make-release/label/docker-trusty-amd64-tcwg-build/target/arm-linux-gnueabihf/_build/builds/destdir/x86_64-unknown-linux-gnu
线程模型：posix
gcc 版本 4.9.4 (Linaro GCC 4.9-2017.01) 
COLLECT_GCC_OPTIONS='-E' '-v' '-march=armv7-a' '-mtune=cortex-a9' '-mfloat-abi=hard' '-mfpu=vfpv3-d16' '-mthumb' '-mtls-dialect=gnu'
 /home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../libexec/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.9.4/cc1 -E -quiet -v -imultilib . -imultiarch arm-linux-gnueabihf -iprefix /home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.9.4/ -isysroot /home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../arm-linux-gnueabihf/libc - -march=armv7-a -mtune=cortex-a9 -mfloat-abi=hard -mfpu=vfpv3-d16 -mthumb -mtls-dialect=gnu
忽略重复的目录“/home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../lib/gcc/../../lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.9.4/include”
忽略不存在的目录“/home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../arm-linux-gnueabihf/libc/usr/local/include/arm-linux-gnueabihf”
忽略不存在的目录“/home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../arm-linux-gnueabihf/libc/usr/local/include”
忽略重复的目录“/home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../lib/gcc/../../lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.9.4/include-fixed”
忽略重复的目录“/home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../lib/gcc/../../lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.9.4/../../../../arm-linux-gnueabihf/include”
忽略不存在的目录“/home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../arm-linux-gnueabihf/libc/usr/include/arm-linux-gnueabihf”
#include "..." 搜索从这里开始：
#include <...> 搜索从这里开始：
 /home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.9.4/include
 /home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.9.4/include-fixed
 /home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.9.4/../../../../arm-linux-gnueabihf/include
 /home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../arm-linux-gnueabihf/libc/usr/include
搜索列表结束。
# 1 "<stdin>"
# 1 "<built-in>"
# 1 "<命令行>"
# 1 "/home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/arm-linux-gnueabihf/libc/usr/include/stdc-predef.h" 1 3 4
# 1 "<命令行>" 2
# 1 "<stdin>"
main(){}
COMPILER_PATH=/home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../libexec/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.9.4/:/home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../libexec/gcc/arm-linux-gnueabihf/:/home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../libexec/gcc/:/home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.9.4/../../../../arm-linux-gnueabihf/bin/
LIBRARY_PATH=/home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.9.4/:/home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/:/home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../lib/gcc/:/home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../lib/gcc/arm-linux-gnueabihf/4.9.4/../../../../arm-linux-gnueabihf/lib/:/home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../arm-linux-gnueabihf/libc/lib/:/home/sumu/2software/gcc-linaro-4.9.4/bin/../arm-linux-gnueabihf/libc/usr/lib/
COLLECT_GCC_OPTIONS='-E' '-v' '-march=armv7-a' '-mtune=cortex-a9' '-mfloat-abi=hard' '-mfpu=vfpv3-d16' '-mthumb' '-mtls-dialect=gnu'